CN103048502B - 一种可关断器件阀稳态运行试验装置的控制保护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种可关断器件阀稳态运行试验装置的控制保护系统，阀稳态运行试验装置包括依次连接的补能电源、辅助阀、负载电抗器、试品阀和充电电源；本发明的控制保护系统包括上位机、阀基控制器、充电电源控制台和补能电源控制器；阀基控制器监测和控制辅助阀和试品阀，并将监测的数据传给上位机；充电电源控制台监测和控制充电电源，并与上位机通信；补能电源控制器监测和控制补能电源，并将监测的数据传给上位机；上位机用于控制阀基控制器和补能电源控制器。本发明能全面满足稳态运行试验的控制要求，能提供可靠有效的故障保护。性能稳定，显示直观，操作简单。

Description

一种可关断器件阀稳态运行试验装置的控制保护系统
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种可关断器件阀稳态运行试验装置的控制保护系统。
背景技术
基于电压源型换流器的直流输电技术（VSC-HVDC）在高压直流输电领域中有着广泛的应用前景，其中模块化多电平换流器（MMC）技术是实现VSC-HVDC的一种重要方式。MMC阀中的核心器件是可关断器件IGBT。
MMC阀稳态运行试验的目的在于考察阀组件对于长期实际运行工况下的电流、电压和温度等关键应力的耐受能力，这也是换流器运行可靠性研究的重要组成部分。MMC阀的电气结构如图1所示。其由n个串联的子模块构成，每个子模块由H桥结构或半桥结构与电容并联构成，H桥结构或半桥结构由IGBT模块组成。其中，下管IGBT模块并联有晶闸管和开关。将MMC阀投入到试验电路中，在电路中可能产生一系列的状况，若没有及时地处理，很可能就将MMC阀毁坏。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种可关断器件阀稳态运行试验装置的控制保护系统，用来协调各设备的正常，并对可能的故障提供保护。
本发明提供的一种可关断器件阀稳态运行试验装置的控制保护系统，所述阀稳态运行试验装置包括依次连接的补能电源、辅助阀、负载电抗器、试品阀和充电电源；其改进之处在于，所述控制保护系统包括上位机、阀基控制器、充电电源控制台和补能电源控制器；
所述阀基控制器监测和控制所述辅助阀和试品阀，并将监测的数据传给所述上位机；
所述充电电源控制台监测和控制所述充电电源，并与所述上位机通信；
所述补能电源控制器监测和控制所述补能电源，并将监测的数据传给所述上位机；
所述上位机用于控制所述阀基控制器和补能电源控制器。
其中，所述阀基控制器包括试品阀阀基控制器和辅助阀阀基控制器；
所述试品阀阀基控制器通过光纤与所述试品阀连接；
所述辅助阀阀基控制器通过光纤与所述辅助阀连接。
其中，所述试品阀阀基控制器和所述辅助阀阀基控制器均为阀基控制设备VBC。
其中，所述阀基控制设备发出试验运行指令和故障保护指令，并在控制时检测阀的运行状态、IGBT状态和晶闸管状态。
其中，所述充电电源控制台发出试验运行指令和故障保护指令，并检测充电电源的直流电压、直流电流、交流侧电压、交流侧电流和开关的开关状态；
所述充电电源控制台设有就地和远程两种操作模式，进行的操作包括：设定工作模式、极性转换、充电放电、开关分合、阀升压、阀降压和过流保护，并在异常情况时设置启动和紧急停止操作。
其中，所述补能电源控制器发出试验运行指令和故障保护指令，并检测补能电源的直流侧电压电流、三相电流、开关状态；
所述补能电源控制器设有就地和远程两种操作模式，其远程通过上位机控制，就地进行的操作包括：设定工作模式、设定充电电压、保护电流、实时设定触发角，并在异常情况时设置启动和停止操作；
所述补能电源控制器设有就地和远程两种显示方式，其远程通过上位机显示，就地显示的内容包括：工作模式、补能电源的直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、触发角、设备运行状态、故障类型和指示。
其中，所述上位机接收所述辅助阀和所述试品阀的电压值和电流值；
所述上位机的操作内容包括：设定补能电源控制器的控制模式、充电电压和保护电流；设定辅助阀和试品阀的电压调制比和触发延时；设定补能电源的触发角；并在异常情况时设置启动、停止和紧急停止操作；
所述上位机显示的内容包括：补能电源控制器的工作模式，补能电源的电压值、电流值、触发角，阀电压电流波形，阀稳态运行试验装置运行状态，设备故障类型和指示。
其中，所述阀稳态运行试验装置包括电流检测单元、平波电抗器、分压器和隔离开关K1、隔离开关K3；
两个所述电流检测单元分别与所述辅助阀和所述试品阀串联，用于检测支路电流，并传给所述上位机；
补能电源通过平波电抗器与辅助阀连接；
两个所述分压器分别与所述辅助阀和所述试品阀并联，用于检测所述辅助阀和所述试品阀的电压；
充电电源支路设置有隔离开关K3；
所述负载电抗器与所述隔离开关K1串联，所述隔离开关K1用于断开辅助阀支路；
所述隔离开关K3和隔离开关K1为手动开关，通过上位机监视所述隔离开关K3和隔离开关K1的开关状态。
其中，所述充电电源控制台和上位机均采用工控机实现，补能电源控制器包括DSP2812。
其中，所述阀基控制设备采用6U机箱。
与现有技术比，本发明的有益效果为：
本发明控制保护系统适用于稳态运行试验装置，能全面满足稳态运行试验的控制要求，能提供可靠有效的故障保护。性能稳定，显示直观，操作简单。
本发明加入分压器和传感器等测量器件，其实时的将测量结果传给上位机，通过上位机可实时检测出装置的状态，当出现问题时，及时解决。
本发明通过上位机控制断路器，当装置出现故障时，可及时地将装置电路断开，保证了阀的安全性。
附图说明
图1为本发明提供的MMC阀的电气结构图。图中，CSM1~CSMn为子模块的电容器；R1~Rn为均压电阻；IGBT（T11）与对应的二极管D11反并联构成IGBT模块（其他同理）；T1~Tn为晶闸管；K1~Kn为真空开关。
图2为本发明提供的稳态运行试验电路结构图。图中，K为补能电源中的开关柜；K1、K3为隔离开关。
图3本发明提供的可关断器件阀稳态运行试验装置的控制保护系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本实施例提供的稳态运行试验装置如图2所示，包括补能电源、辅助阀、试品阀、充电电源、电流检测单元、负载电抗器、平波电抗器、分压器和隔离开关；所述补能电源包括依次连接的开关柜K、变压器和整流器，开关柜K包括断路器，其连接在10kV母线上，整流器通过平波电抗器与辅助阀连接，所述补能电源依次与辅助阀、负载电抗器、试品阀和充电电源连接。两个所述电流检测单元分别与所述辅助阀和所述试品阀串联，用于检测支路电流，并传给所述上位机；分压器是由电容和电阻构成，电容与电阻串联后再与电阻并联，构成支路I，与相同结构的支路II串联后，形成分压器；两个所述分压器分别与所述辅助阀和所述试品阀并联，用于检测辅助阀和试品阀的电压；充电电源包括电源柜，其连接在380kV电网中，充电电源的支路上设置有隔离开关K3；所述负载电抗器与所述隔离开关K1串联，所述隔离开关K1用于断开辅助阀支路。
本实施例在此之上，加入控制保护系统，包括上位机、阀基控制器、充电电源控制台和补能电源控制器，如图3所示；
所述阀基控制器（VBC）监测和控制所述辅助阀和试品阀，并将监测的数据传给所述上位机；
所述充电电源控制台监测和控制所述充电电源，并与所述上位机通信；其自身有过流继电器和避雷器用来限制充电过程中的过流和过电压。
所述补能电源控制器监测和控制所述补能电源，并将监测的数据传给所述上位机；在补能电源中，开关柜的合分闸需要通过上位机或补能电源的开关节点控制，并要加装分闸节点以实现紧急情况的分闸。补能电源控制器按照“闭环”或“开环”的方式控制六脉动整流桥的工作，在“远方”或“就地”的控制模式下分别接收上位机或自身界面上输入的指令。控制器可以提供交直流过流、过压保护，并实时监控电源的状态。补能电源控制器通过CAN总线与上位机通讯。
上位机用于控制所述阀基控制器和补能电源控制器，并且上位机还监测隔离开关K3和隔离开关K1的开关状态，检测分压器的电压与电流。上位机为试验的操作和信息的显示提供界面，在上位机界面下，可以依次进入试验的不同阶段、设定试验参数、控制补能电源的工作，并实时反映各设备的通讯状态、MMC阀中各子模块的状态、试验中电压电流状态、补能电源的输入输出状态。上位机上有急停按钮，可在紧急状况下停止试验。
其中，所述阀基控制器包括试品阀阀基控制器和辅助阀阀基控制器；所述试品阀阀基控制器通过光纤与所述试品阀连接；所述辅助阀阀基控制器通过光纤与所述辅助阀连接。所述试品阀阀基控制器和所述辅助阀阀基控制器均为阀基控制设备。阀基控制设备VBC根据上位机给出的运行试验参数，通过光纤向试品阀和辅助阀中各个子模块发送时序触发信号。子模块中接收信号的是中控板，子模块中为IGBT提供保护的是驱动板，为子模块提供过压保护的是中控板和BOD板。子模块的状态信息由中控板通过光纤反馈给VBC，VBC又将阀的状态报告给上位机，上位机作为大脑，按照既定的逻辑判断和处理。
本实施例的控制保护系统中，各器件的主要功能如表1所示。
表一
本实施例充电电源控制台和上位机均采用工控机实现。
本实施例阀基控制设备采用6U机箱。
本实施例补能电源控制器包括DSP2812。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种可关断器件阀稳态运行试验装置的控制保护系统，所述阀稳态运行试验装置包括依次连接的补能电源、辅助阀、负载电抗器、试品阀和充电电源；其特征在于，所述控制保护系统包括上位机、阀基控制器、充电电源控制台和补能电源控制器；
所述阀基控制器监测和控制所述辅助阀和试品阀，并将监测的数据传给所述上位机；
所述充电电源控制台监测和控制所述充电电源，并与所述上位机通信；
所述补能电源控制器监测和控制所述补能电源，并将监测的数据传给所述上位机；
所述上位机用于控制所述阀基控制器和补能电源控制器；
所述充电电源控制台发出试验运行指令和故障保护指令，并检测充电电源的直流电压、直流电流、交流侧电压、交流侧电流和开关的开关状态；
所述充电电源控制台设有就地和远程两种操作模式，进行的操作包括：设定工作模式、极性转换、充/放电、开关分合、阀升压、阀降压和过流保护，并在异常情况时设置启动和紧急停止操作。
2.如权利要求1所述的可关断器件阀稳态运行试验装置的控制保护系统，其特征在于，所述阀基控制器包括试品阀阀基控制器和辅助阀阀基控制器；
所述试品阀阀基控制器通过光纤与所述试品阀连接；
所述辅助阀阀基控制器通过光纤与所述辅助阀连接。
3.如权利要求2所述的可关断器件阀稳态运行试验装置的控制保护系统，其特征在于，所述试品阀阀基控制器和所述辅助阀阀基控制器均为阀基控制设备VBC。
4.如权利要求3所述的可关断器件阀稳态运行试验装置的控制保护系统，其特征在于，所述阀基控制设备发出试验运行指令和故障保护指令，并在控制时检测阀的开关状态、IGBT状态和晶闸管开关状态。
5.如权利要求1所述的可关断器件阀稳态运行试验装置的控制保护系统，其特征在于，所述补能电源控制器发出试验运行指令和故障保护指令，并检测补能电源的直流侧电压电流、三相电流、开关状态；
所述补能电源控制器设有就地和远程两种操作模式，其远程通过上位机控制，就地进行的操作包括：设定工作模式、设定充电电压、保护电流、实时设定触发角，并在异常情况时设置启动和停止操作；
所述补能电源控制器设有就地和远程两种显示方式，其远程通过上位机显示，就地显示的内容包括：工作模式、补能电源的直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、触发角、设备运行状态、故障类型和指示。
6.如权利要求1所述的可关断器件阀稳态运行试验装置的控制保护系统，其特征在于，所述上位机接收所述辅助阀和所述试品阀的电压值和电流值；
所述上位机的操作内容包括：设定补能电源控制器的控制模式、充电电压和保护电流；设定辅助阀和试品阀的电压调制比和触发延时；设定补能电源的触发角；并在异常情况时设置启动、停止和紧急停止操作；
所述上位机显示的内容包括：补能电源控制器的工作模式，补能电源的电压值、电流值、触发角，阀电压电流波形，阀稳态运行试验装置运行状态，设备故障类型和指示。
7.如权利要求1所述的可关断器件阀稳态运行试验装置的控制保护系统，其特征在于，所述阀稳态运行试验装置包括电流检测单元、平波电抗器、分压器、隔离开关K1和隔离开关K3；
两个所述电流检测单元分别与所述辅助阀和所述试品阀串联，用于检测支路电流，并传给所述上位机；
补能电源通过平波电抗器与辅助阀连接；
两个所述分压器分别与所述辅助阀和所述试品阀并联，用于检测所述辅助阀和所述试品阀的电压；
充电电源支路设置有隔离开关K3；
所述负载电抗器与所述隔离开关K1串联，所述隔离开关K1用于断开辅助阀支路；
所述隔离开关K3和隔离开关K1为手动开关，通过上位机监视所述隔离开关K3和隔离开关K1的开关状态。
8.如权利要求1所述的可关断器件阀稳态运行试验装置的控制保护系统，其特征在于，所述充电电源控制台和上位机均采用工控机实现；
所述补能电源控制器包括DSP 2812。
9.如权利要求3或4所述的可关断器件阀稳态运行试验装置的控制保护系统，其特征在于，所述阀基控制设备采用6U机箱。
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